基于IFC擴展的鐵路隧道BIM數據存儲標準研究

■ 馮山群 楊緒坤 馬永昌 王浩

基于IFC擴展的鐵路隧道BIM數據存儲標準研究

■ 馮山群 楊緒坤 馬永昌 王浩

《鐵路隧道BIM數據存儲標準》在工業基礎類（Industry Foundation Class，IFC4）的基礎上編制。通過將鐵路隧道概念分為空間結構單元（Spatial Structure Element）、構件（Element）、零件（Component）3種類型，使用新定義實體（Entity）、新定義預定義類型（Predefined Type）、新定義屬性集（Property Set Definition）的方法，實現鐵路隧道BIM數據存儲標準的制定。

鐵路隧道；數據存儲標準；空間結構單元；構件；零件；屬性集

1 概述

BIM軟件眾多，從目前來看沒有一款軟件能夠適應鐵路行業的所有專業或者鐵路生命周期的所有階段，為確保各軟件間數據的有效交換，實現鐵路專業間及BIM不同階段的協同應用，有必要建立鐵路BIM技術標準。鐵路BIM技術標準分為數據存儲標準、信息語義標準以及信息傳遞標準，在此主要介紹數據存儲標準中的鐵路隧道數據存儲標準的研究方法和結果，研究范圍主要為目前鐵路常用的新奧法開挖的山嶺隧道，包括洞門、明洞、暗洞、設備洞室等隧道結構。

制定鐵路BIM數據存儲標準的技術方案主要為靜態擴展與動態擴展相結合的方法。靜態擴展指以現有的IFC4為基礎，定義適合鐵路領域新的IFC類，以此為基礎，鐵路隧道BIM數據存儲標準的研究內容主要包括：在現有IFC4的基礎上進行隧道空間結構單元、構件、零件相關實體類的擴展，進行隧道空間結構單元、構件、零件常用預定義類型的定義，對實體或預定義類型枚舉進行屬性集的定義。動態擴展指通過將實體的Object Type屬性賦值為實體類型在《鐵路工程信息模型分類與編碼標準》中對應的編碼，從而標識實體具體類型。以下主要介紹靜態擴展方法。

2 鐵路隧道概念模型提出

鐵路隧道BIM數據存儲標準通過定義通用的隧道結構分類來表達不同形式的隧道。常見的山嶺隧道主要由洞門、明洞、棚洞、暗洞、洞室等聚合而成，在這些隧道結構中包含不同的隧道構件，具有相似屬性的構件可歸為一類，如隧道明洞、暗洞、洞室中都包含襯砌，可以統稱為襯砌結構。

遵循以上理念，鐵路隧道BIM存儲標準從空間結構單元、構件、零件3個層次進行實體類的擴展（見圖1）。隧道整體看作最大的空間結構單元，定義為隧道（Ifc Tunnel），它由若干空間結構單元聚合而成，定義為隧道組成（Ifc Tunnel Part），如隧道洞門、明洞、暗洞、洞室等。空間結構單元內部包含隧道構件或零件，以空間結構單元暗洞為例（見圖2），隧道暗洞包含初期支護、襯砌結構、仰拱填充以及溝槽，這些都稱之為隧道構件（Ifc Tunnel Element）。

3 鐵路隧道概念模型定義

3.1 鐵路隧道實體類的擴展

根據上述提出的隧道概念模型，在現有IFC4的基礎上對其進行定義（見圖3），其中沒有標識顏色的部分為IFC4原有類，黃色部分表示新定義的隧道空間結構單元，綠色部分表示新定義的隧道構件，藍色部分表示新定義的隧道零件。

以隧道空間結構單元為例，隧道結構（Ifc Tunnel Structure Element）繼承自土木工程結構（Ifc Civil Structure Element），隧道結構（Ifc Tunnel Structure Element）有2個子實體：隧道（Ifc Tunnel）和隧道組成（Ifc Tunnel Part）。隧道（Ifc Tunnel）有一個預定義類型（Predefined Type）屬性，它的數據類型是隧道類型（Ifc Tunnel Type Enum），還有一個功能類型（Function Type）屬性，它的數據類型是隧道功能類型（Ifc Tunnel Function Type Enum）；隧道組成（Ifc Tunnel Part）有一個預定義類型（Predefined Type）屬性，它的數據類型是隧道組成類型（Ifc Tunnel Part Type Enum）。

對隧道（Ifc Tunnel）實體描述的EXPRESS代碼如下：

ENTITY Ifc Tunnel

SUBTYPE OF (Ifc Tunnel Structure Element)；

PreDefinedType: Ifc Tunnel Type Enum；

Function Type: Ifc Tunnel Function Type Enum；

END_ENTITY；

對隧道組成（Ifc Tunnel Part）實體描述的EXPRESS代碼如下：

ENTITY Ifc Tunnel Part

SUBTYPE OF（Ifc Tunnel Structure Element）；

PreDefinedType: Ifc Tunnel Part Type Enum；

END_ENTITY；

3.2 鐵路隧道實體類的空間結構關系

鐵路隧道空間結構單元、構件、零件之間的關系見圖4。一個鐵路項目（Ifc Railway）可以有若干隧道（Ifc Tunnel），隧道（Ifc Tunnel）可進一步分解成若干個隧道組成（Ifc Tunnel Part），隧道組成（Ifc Tunnel Part）的預定義類型有洞門（PORTAL）、明洞（OPEN-CUTTUNNEL）、暗洞（UNDERCUTTUNNEL）、洞室（TUNNELCHAMBER）、棚洞（SHEDTUNNEL）；隧道（Ifc Tunnel）和隧道組成（Ifc Tunnel Part）包含各種隧道構件，不同類型隧道組成包含的隧道構件不同，如由洞門結構（Ifc Tunnel Portal Structure）、仰拱填充（Ifc Tunnel Invert Filling）、防水層（Ifc Waterproof Layer）組成洞門（Ifc Tunnel Part．PORTAL），由襯砌結構（Ifc Tunnel Lining Structure）、仰拱填充（Ifc Tunnel Invert Filling）、防水層（Ifc Waterproof Layer）、找平層（Ifc Leveling Blanket）、結構保護層（Ifc Protective Layer）組成明洞（Ifc Tunnel Part．OPENCUTTUNNEL）等。空間結構單元間的分解關系由聚合關系對象（Ifc Rel Aggregates）表達，構件與空間結構單元間的包含關系由包含在空間結構關系對象（Ifc Rel Contained In Spatial Structure）表達。

4 屬性集定義

IFC原有屬性集不能滿足隧道專業需求，為了更清楚地表達隧道建設過程中的信息，有必要定義新的隧道專業特有的屬性集。隧道屬性集主要圍繞隧道建設過程中的輸入條件、關鍵參數等定義，定義內容既要滿足專業內、專業間的需要，又要滿足隧道不同建設階段的應用需要。表1列出了隧道BIM數據存儲標準中定義的部分屬性集。

5 結束語

鐵路隧道BIM存儲標準目前已經完成山嶺隧道主體結構實體類的擴展以及相關屬性集的定義，形成了比較完整的空間結構體系，初步滿足山嶺隧道BIM建模需求，1．0版預計于2015年12月份發布。

為了有效驗證標準的適用性及易用性，鐵路BIM存儲標準即將在達索軟件中成體系地部署，鐵路BIM標準將第一次從理論走向實踐，屆時對標準的認知程度將會有質的提升，為更好地改進與完善標準創造有利條件。

此外，通過與國際對接，Building Smart正式接受中國鐵路BIM聯盟加入該組織，并承認中國鐵路BIM聯盟在鐵路BIM標準制定方面所做的工作，加入該組織必將促進中國鐵路隧道BIM存儲標準早日與國際接軌。

[1] Building SMART International Limited． IFC4 Official Release[S]．

[2] GB/T 25507—2010/ISO/PAS 16739：2005 工業基礎類平臺規范 Industry foundation classes platform[S]．

[3] 李華良，楊緒坤，王長進，等． 中國鐵路BIM標準體系框架研究[J]． 鐵路技術創新，2014(2)： 16-21．

[4] 李華良，楊緒坤，沈東升，等． 鐵路工程信息模型分類和編碼標準研究[J]． 鐵路技術創新，2015(3)：17-20．

[5] GB/T 7027—2002 信息分類和編碼的基本原則與方法[S]．

[6] ISO/DIS 12006-2． Building construction-organization of information about construction works-Part2：Framework for classification of information[S]，2001．

馮山群：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，工程師，天津，300251

楊緒坤：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，高級工程師，天津，300251

馬永昌：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，工程師，天津，300251

王 浩：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，工程師，天津，300251

責任編輯 盧敏

U45；TP39

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1672-061X（2015）06-0024-04